金属镍是一种重要的有色金属战略资源，因其具有良好的铁磁性、延展性、耐腐蚀性、抗氧化性及较好的机械强度被广泛应用于航天、国防、军工、能源、化工、电池等各个行业^[1-2]。镍在自然界中主要以硫化镍矿、红土镍矿以及海底结核三种形式存在^[3]，其中硫化镍矿是目前提取镍的主要原料之一，世界上近60%的镍产自硫化镍矿^[4]。我国的镍资源主要是硫化镍矿为主，且相对集中，主要分布在甘肃、吉林、新疆等地，其中以甘肃金川最为丰富^[5-6]。通常采用浮选法对硫化镍矿进行分选，但在浮选过程中，矿石中含镁矿物如蛇纹石易与硫化镍矿物-镍黄铁矿黏附在一起进入镍精矿而影响精矿的质量^[7]，为后续镍精矿的闪速焙烧提镍工艺带来炉体结瘤等问题，因此镍矿降镁一直以来都是研究的重点和难点。

关于蛇纹石对硫化镍矿浮选的影响，有研究^[8-9]认为蛇纹石与镍黄铁矿之间的表面电性差异使得矿物颗粒之间产生“异相凝聚”，导致难以分离，恶化浮选指标；也有学者^[10-11]认为蛇纹石良好的可浮性是导致其进入精矿难分离的主要原因。六偏磷酸钠是常用的分散剂和降镁抑制剂，能够选择性地与矿物表面作用，使目的矿物与脉石矿物有效分散，从而实现矿物的浮选分离。夏启斌^[12]等研究发现六偏磷酸钠能够与蛇纹石发生吸附作用，提高颗粒之间的位阻排斥和静电排斥能，分散蛇纹石；王德燕^[13]认为六偏磷酸钠能够提高铜镍浮选体系中蛇纹石的亲水性，使其得到抑制；陈伟^[14]研究发现六偏磷酸钠能促进蛇纹石表面的镁迁移到液相，降低蛇纹石的表面电位，同时还可与液相中的Mg²⁺作用，阻止Mg²⁺向蛇纹石表面反吸附，保持蛇纹石表面的负电性，降低铜镍矿中蛇纹石的含量。本文作者以蛇纹石和镍黄铁矿为研究对象，通过浮选试验、动电位测试及Zeta电位分布测量、SEM电镜扫描等手段对蛇纹石影响镍黄铁矿浮选的机理进行研究，并通过添加六偏磷酸钠研究其对于两者浮选分离的影响机制，为含镁镍矿的浮选分离提供技术基础。

本试验所用镍黄铁矿和蛇纹石样品均取自甘肃金川。蛇纹石块矿经破碎手选后用瓷球磨、搅拌磨磨细，得到蛇纹石单矿物样品；金川特富矿经破碎手选后用瓷球磨磨细，经磁选后筛分得到镍黄铁矿单矿物样品。图 1为单矿物镍黄铁矿和蛇纹石的XRD图，表 1为单矿物化学多元素分析结果，表 2所列为两种单矿物样品粒级组成。试验所用药剂均为分析纯，试验用水为一次蒸馏水。

图 1(Fig.1)

图 1 镍黄铁矿(左)和蛇纹石(右)X射线衍射结果 Fig.1 X-ray diffraction analysis of pentlandite and serpentine mineral

表 1(Table 1)

表 1 单矿物化学多元素分析结果 Table 1 Results of single mineral chemical multielement analysis

表 1 单矿物化学多元素分析结果 Table 1 Results of single mineral chemical multielement analysis 矿物 元素质量分数/% MgO SiO2 CaO Al2O3 Fe Ni Cu S 镍黄铁矿 0.21 1.19 - 0.21 35.36 28.29 0.86 33.21 蛇纹石 38.79 39.27 0.32 0.71 3.86 - - -

表 2(Table 2)

表 2 单矿物样品的粒度组成 Table 2 Particle size composition of mineral samples

表 2 单矿物样品的粒度组成 Table 2 Particle size composition of mineral samples 矿样 d10/μm d50/μm d90/μm 平均粒径/μm 镍黄铁矿 3.87 30.8 116.8 51.49 蛇纹石 1.89 12.67 48.12 20.89

经X射线衍射分析和化学多元素分析结果可知，单矿物镍黄铁矿和蛇纹石的纯度均在90%以上，由表 2可知，镍黄铁矿的平均粒径为51.49 μm，蛇纹石的平均粒径为20.89 μm。

浮选试验在XFG型挂槽式浮选机中进行，浮选温度为室温，每次试验称取2.0 g矿样，放入40 ml的浮选槽中，加入30 mL蒸馏水，搅拌，用HCl或NaOH调节到要求的pH值，加入捕收剂，调浆3 min，加入起泡剂MIBC，搅拌2 min后充气浮选，空气流量为0.3 L/min，浮选刮泡5 min，分别将泡沫产品和槽内产品在60 ℃时烘干称量，单矿物试验产率为回收率，人工混合矿浮选产品经化验后计算回收率。

动电位测定是用美国Brookhaven公司ZetaPALS/90 plus型电位分析仪完成的。将矿样在玛瑙研钵中磨细至-20 μm，每次称取20 mg放入烧杯中，加入30 mL浓度为10^-3 mol/L的KNO₃溶液，用NaOH或HCl调节矿浆pH值。加入药剂后，用玻璃棒搅拌1 min，使矿样均匀分散，然后用注射器抽取少量矿浆悬浮液，注入测试电泳管，进行电位测试，测量三次取平均值

Zeta电位分布的测定是使用Zetaphoremeter Ⅲ仪器完成的，使用镍黄铁矿和蛇纹石两种纯矿物分别配置浓度为0.2 g/L的悬浮液1 L，分别按1：1的比例取两者的悬浮液混合在一起，并添加一定量的高浓度盐溶液，用注射器把混合均匀的悬浮液注入电泳槽中，通过激光照明和CCD成像系统，观察和记录20~100个颗粒的运动轨迹，仪器的软件系统利用Smoluchowski方程把颗粒的运动距离转换为Zeta电位值，测量在室温下进行(23±1 ℃)。

图 2所示为pH值对单矿物镍黄铁矿、蛇纹石质量比1：1人工混合矿浮选行为的影响结果。由图 2可知，蛇纹石的回收率基本不受矿浆pH的影响，且总体来看，蛇纹石的回收率均低于25%，可浮性差，属于难浮矿物；而镍黄铁矿在pH 3~9区间内有较好的回收率，当pH＞9时，回收率有下降趋势；混合矿结果显示蛇纹石的存在对镍黄铁矿的浮选产生不利的影响，尤其是pH 4~9区间内，镍黄铁矿回收率下降幅度明显。

图 2(Fig.2)

图 2 矿浆pH值对单矿物和混合矿浮选回收率的影响 Fig.2 Effect of pH value of pulp on flotation recovery of single and mixed mineral samples

图 3为不同蛇纹石添加量和有无添加六偏磷酸钠对混合矿中镍黄铁矿浮选的影响结果，此时矿浆pH 8.5，镍黄铁矿浓度为25 g/L。由图 3可知，镍黄铁矿浮选过程中蛇纹石的添加会导致镍黄铁矿浮选回收率的下降，而且蛇纹石添加量越大，对镍黄铁矿浮选回收率降低越明显，当蛇纹石的添加量大于60%时，镍黄铁矿的回收率小于20%；而加入六偏磷酸钠之后，镍黄铁矿的浮选指标明显提高，说明六偏磷酸钠的添加有利于两者的浮选分离。

图 3(Fig.3)

图 3 蛇纹石占比和六偏磷酸钠对浮选结果的影响 Fig.3 Effect of serpentine ratio and SHMP on pentlandite flotation results

对有无添加六偏磷酸钠的蛇纹石和镍黄铁矿的Zeta电位进行测定，结果如图 4所示，由图可知，未添加六偏磷酸钠时，蛇纹石零电点pH=9.7，镍黄铁矿零电点pH=3.4，因此在pH 3.4~9.7范围内，蛇纹石荷正电，镍黄铁矿荷负电，两者电位相反，产生异相凝聚作用，蛇纹石会覆盖镍黄铁矿表面，影响其浮选。而加入六偏磷酸钠之后镍黄铁矿的Zeta电位无明显变化，而蛇纹石的Zeta电位发生显著变化，在整个pH范围内变成负值，这可能是是由于六偏磷酸钠在水中电离，并与矿物表面溶出的金属Mg²⁺发生反应，生成络合物^[12-13]，反应如下：

图 4(Fig.4)

图 4 六偏磷酸钠对蛇纹石和镍黄铁矿电位的影响 Fig.4 Effect of SHMP on Zeta-potential of serpentine and pentlandite at different pH values

从而改变了蛇纹石的表面性质，使其Zeta电位发生变化。

为了进一步验证上述结论，对单矿物和混合矿的Zeta电位分布的变化进行研究，来判断两种矿物颗粒的状态，如图 5所示，5-1为两种矿物单独测试的Zeta电位分布情况，当两种矿物不发生凝聚时，其Zeta电位分布表现如图 5-2所示，当矿物B完全罩盖A时，其Zeta电位分布表现如图 5-3所示，当矿物B与矿物A发生凝聚作用时，其Zeta电位分布表现如图 5-4所示^[14-17]。

图 5(Fig.5)

图 5 样品颗粒间作用行为的Zeta电位分布原理图 Fig.5 Schematic Zeta potential distributions for studying particles interaction behavior

图 6为pH 8.5时蛇纹石、镍黄铁矿及混合矿的Zeta电位分布测试结果，由图可知，未加入六偏磷酸钠时，蛇纹石和镍黄铁矿样品测试结果都是单峰，而混合矿物的Zeta电位也是单峰，且分布的峰值介于镍黄铁矿和蛇纹石之间，偏蛇纹石峰值方向，说明两者之间发生了“异相凝聚”且镍黄铁矿被蛇纹石包裹；而加入六偏磷酸钠之后，蛇纹石和镍黄铁矿样品测试结果均是单峰，而两者的混合矿电位分布是双峰，说明混合矿物没有发生明显的异相凝聚，和上述结论一致。

图 6(Fig.6)

图 6 六偏磷酸钠(SHMP)对蛇纹石、镍黄铁矿及其混合物的Zeta电位分布的影响 Fig.6 Effect of SHMP on Zeta potential distributions of serpentine, pentlandite and mixed serpentine-pentlandite

对人工混合矿的精矿产品进行镜下观察，由图 7可知，未添加六偏磷酸钠时，镍黄铁矿与蛇纹石凝聚现象显著，而六偏磷酸钠的加入，明显降低了蛇纹石和镍黄铁矿的凝聚，减少了蛇纹石对镍黄铁矿浮选的不利影响。

图 7(Fig.7)

图 7 未添加(左)和添加(右)六偏磷酸钠时人工混合矿浮选精矿SEM图 Fig.7 The SEM on flotation concentrate of artificial mixed ore

(1) 硫化镍矿浮选体系中，脉石矿物蛇纹石易与镍黄铁矿发生异相凝聚，影响镍黄铁矿的浮选，主要原因为在较大pH范围内两者电性相反，存在较强的静电吸引作用。

(2) 六偏磷酸钠可吸附在蛇纹石表面，这可能是与蛇纹石表面的镁离子生成了络合物，从而改变其表面Zeta电位，实现蛇纹石与镍黄铁矿的分散，减弱了蛇纹石对镍黄铁矿浮选的不利影响。